Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla

Translated title of the contribution: Joining of silicon nitride to metals with vacuum brazing

Mika Siren, Liisa Heikinheimo

    Research output: Book/ReportReport

    Abstract

    Piinitridin hyvät korkean lämpötilan ominaisuudet, erityisesti lujuus ja korroosionkestävyys, tarjoavat huomattavia mahdollisuuksia energiateollisuuden sovelluksiin. Keraamin liitettävyyden ja liittämismenetelmien parantamisella on avainasema komponenttien kehitystyössä. Piinitridin liittämiseen liittyvät ongelmat ovat samankaltaisia kuin muillakin konstruktiokeraameilla, mutta liittämisen yhteydessä syntyvien jäännösjännitysten merkitys korostuu piinitridin pienen lämpölaajenemiskertoimen vuoksi. Keraami metalliliitosten valmistuksessa käytetään yleisimmin erilaisia diffuusioliittämismenetelmiä, esimerkiksi aktiivista tyhjöjuottamista ja diffuusiohitsausta. Korkea käyttölämpötila asettaa kuitenkin rajoituksia myös liittämismenetelmille; käytettävän juotteen ja mahdollisten välikerrosten sulamislämpötilat määräävät liitoksen korkeimman käyttölämpötilan. Kokeellisen osan tavoitteena oli valmistaa piinitridi metalliliitoksia, joiden käyttölämpötila on yli 1000 oC. Keraami metalliliitoksissa yleisesti käytetyt kaupalliset aktiivijuotteet eivät sovellu näin korkeisiin lämpötiloihin matalan sulamislämpötilansa vuoksi. Koeliitokset valmistettiin pinnoittamalla keraami titaanilla, minkä jälkeen näytteet juotettiin ei aktiivisella palladium nikkelijuotteella. Juotettaessa syntyvien jäännösjännityksien vähentämiseksi käytettiin volframi ja molybdeenivälikerroksia. Juotetut näytteet tarkastettiin rikkomattomasti korkeataajuusultraäänimenetelmällä (C SAM) ja mekaaniset ominaisuudet testattiin leikkauslujuuskokeella. Murtopinnat tarkastettiin visuaalisesti. Ultraäänikuvat vastasivat hyvin liitosten leikkauslujuuksia ja murtopinnan muotoja. Liitoksien lujuutta heikensivät selvimmin korkeasta juottolämpötilasta johtuva liitosten huokoisuus sekä suurten jäännösjännitysten aiheuttamat murtumat keraamissa. Jatkotutkimuksissa tulisi keskittyä juottosyklin kehittämiseen huokoisuuden poistamiseksi sekä jäännösjännitysten vähentämiseen välikerrostekniikalla. Lupaavimpia välikerrosmateriaaleja ovat volframi ja niobi. Myös diffuusiohitsauksen soveltuvuutta korkean lämpötilan keraami metalliliitosten valmistamiseen on selvitettävä.
    Original languageFinnish
    Place of PublicationEspoo
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    Number of pages44
    ISBN (Print)951-38-4433-1
    Publication statusPublished - 1993
    MoE publication typeNot Eligible

    Publication series

    SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
    Number1499
    ISSN1235-0605

      Fingerprint

    Keywords

    • silicon nitride
    • metals
    • joining
    • brazing
    • coating processes
    • titanium
    • palladium
    • nickel
    • tungsten
    • molybdenum

    Cite this

    Siren, M., & Heikinheimo, L. (1993). Piinitridin liittäminen metalleihin tyhjöjuottamalla. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1499